Томас Зюндер - Во все уши. Про многозадачный орган, благодаря которому мы слышим, сохраняем рассудок и держим равновесие

Как мы уже знаем, внутри улитки волосковые клетки размещаются на базилярной мембране. В зависимости от частоты она особенно сильно вибрирует на определенном участке, как в описанной модели с резиновой лентой в пластиковой трубке. Так, например, шум, производимый электрической зубной щеткой на частоте четыре килогерца, вызывает на соответствующем участке мембраны четыре тысячи колебаний в секунду. Соответственно, волосковые клетки в этом месте быстро раскачиваются из стороны в сторону. Но чтобы в достаточной мере наклонить волоски, этого недостаточно. Поэтому на них лежит тяжелая покровная мембрана. По сравнению с волосками, которые быстро двигаются, она остается практически неподвижной. Поскольку кончики волосков задерживаются на мембране, они пригибаются. Это можно наглядно продемонстрировать с помощью той же электрической зубной щетки. Если слегка надавить ладонью на вибрирующую головку щетки, рука не будет двигаться, но щетинки будут наклоняться назад и вперед. Подобное происходит и внутри улитки. В результате на соответствующем участке столь же быстро генерируются импульсы тока. Волосковые клетки могут передавать до шести сотен таких сигналов в секунду. Если колебание звука превышает эту скорость, как в случае с зубной щеткой и четырьмя тысячами колебаний в секунду, оно передается благодаря взаимодействию нескольких нервных волокон. Вестибулярный аппарат также обладает волосковыми клетками, но здесь все функционирует несколько иначе.

С точки зрения эволюции, самая древняя часть наших ушей – это два маленьких мешочка вестибулярного аппарата, по одному в каждом ухе, расположенном в непосредственной близости от улитки. Они регистрируют положение головы с помощью силы земного притяжения. В каждом из мешочков имеется желеобразный бугорок: в одном он выровнен горизонтально, в другом – вертикально подвешен на боковой стенке. Соответственно, один из желеобразных бугорков отвечает за восприятие горизонтальных движений, а другой – вертикальных. Вместе бугорки содержат более 50 тысяч волосковых клеток. Сверху на их гребешках находятся тысячи крошечных кальциевых камешков, подобных тем, что наблюдались у древних кишечнополостных животных. Но в наших ушах они выполняют другую функцию: постоянно тянут своим весом желеобразную массу в направлении силы земного притяжения.

Все это можно представить себе в виде кусочка желейного пудинга, к которому прилипли тяжелые кальциевые крошки, над вертикально стоящими волосками. Если держать пудинг под наклоном, под весом крошек он изгибается в одном направлении, и волоски, соответственно, тоже будут изгибаться вместе с ним. Именно это происходит в ушах, когда вы наклоняете голову. Если остаетесь в том же положении, изгиб останется прежним, и волосковые клетки будут беспрестанно посылать импульсы в мозг. При каждом возможном положении головы активизируются определенные сенсорные клетки в правом и левом ухе. Таким образом, вестибулярный аппарат всегда активен, даже если вы не двигаетесь.

Но одной этой системы недостаточно, чтобы заставить почувствовать резкие ускорения и вращательные движения. Для этой цели существуют три костных полукружных канала, соединенных с мешочками вестибулярного аппарата. В расширенном основании каждого из полукружных каналов волосковые клетки находятся в высоком куполе из желеобразной массы. Масса не отягощена кальциевыми камешками, поэтому ведет себя иначе, чем желеобразный бугорок в мешочках вестибулярного аппарата. Купола остаются перпендикулярными основанию, даже когда голова наклонена. Это происходит потому, что их вершина срослась с трубкой мембранного лабиринта и не может соскользнуть. Если в этот момент ускорение отсутствует, они не передают мозгу сигнал о движении.

Ситуация выглядит иначе, когда голова – или даже все тело – приводится в движение. Эндолимфа, в которой находятся купола, пребывает в неподвижном состоянии. Когда голова двигается, купол немедленно повторяет это движение, тогда как окружающая жидкость остается на месте несколько дольше. Вы можете пронаблюдать этот эффект, когда, находясь в машине, держите в руке открытый стаканчик с напитком и нажимаете на газ. Так как автомобиль вместе с вами и стаканчиком приходит в движение быстрее жидкости, она выплескивается из него. Пожалуйста, не пытайтесь проделать это с горячими напитками или красящими жидкостями!

Вестибулярный аппарат всегда активен – при каждом возможном положении головы активизируются определенные сенсорные клетки в правом и левом ухе.

Если бы на дне стаканчика находился желеобразный купол, как в вестибулярном аппарате, то при ускорении он бы наклонялся против направления движения под действием неподвижной жидкости. Именно это происходит в полукружных каналах, в результате чего волосковые клетки изгибаются и испускают соответствующие импульсы. В зависимости от того, в каком направлении происходит движение, эффект сильнее всего проявляется в одном из трех разнонаправленных каналов. Поэтому наш мозг способен определить направление движения.

Как только скорость эндолимфы подстраивается под скорость окружающей среды, мозг получает сообщение о том, что движение прекратилось. Это самое настоящее благословение, к примеру, для тех, кто едет в поезде. Даже если вы пересекаете ландшафт со скоростью 200 километров в час, все равно можете спокойно вздремнуть. Но прежде чем соберетесь это сделать по причине усталости от чрезмерного обилия информации по анатомии в этой главе, давайте вернемся к нашей истории.

Безвредно, но неприятно: позиционное головокружение

Кальциевые крошки могут отделяться от желеобразных бугорков вестибулярного аппарата. Причины этого неизвестны. Вероятно, такое может случиться после сильного сотрясения черепа, в результате перенесенных инфекций или вследствие старения. Кальциевые камешки могут затеряться в полукружных каналах и вызывать головокружения. Под руководством врача проблему удается легко решить: после серии движений головой камешки из полукружных каналов перемещаются туда, где они больше не будут беспокоить. Если проблема возникает часто, метод можно освоить и выполнять самостоятельно.

Уже поздний вечер, и между нами стоит полупустая бутылка белого вина. На самом деле при моей болезни нельзя пить алкоголь, но для этой особой встречи с Андреасом я делаю исключение. Весь вечер мы говорили об ушах. Я многое узнал и поражен тем, как могло развиться что-то настолько сложное, как слух и чувство равновесия. Я вообще не перестаю удивляться. В первую очередь меня очаровала область, в которой Андреас проводит исследования для своего работодателя. Оно о том, как сигналы, поступающие от уха, обрабатываются в мозге. Андреас в двух словах раскрывает суть своей работы: